城市空间形态对PM2.5人群暴露的影响机理及引导性指标研究——以武汉市为例

In recent years, Chinese cities have been facing serious haze problems, and air pollution of PM2.5 has posed great threats on public health. Traffic emissions have become the main source of PM2.5 in Chinese cities, and urban form is correlated with travel behavior, vehicle emission, and population exposure to air pollution. There is an urgent need to explore how to reduce population exposure to PM2.5 by urban form. This study selects Wuhan as a case, follows a process of “measuring urban form and population exposure, analyzing correlation between urban form patterns and population exposure, exploring influence of urban form features on population exposure, developing directive planning metrics”, and applies GIS spatial analysis, remote sensing, exposure simulation, statistics, spatial regression, scenario planning, and urban modelling to the following contents. 1) Urban form of Wuhan is measured, and population exposure to PM2.5 is evaluated. 2) The correlations between population exposure and high-density, medium-density, low-density urban patterns are analyzed. 3) The influences of land use and transportation on population exposure are explored. 4) Directive planning metrics to reduce population exposure are developed. This study not only enriches theories of healthy city, but also supports urban planning and design in Chinese cities.

近年来我国多地城市雾霾天气频发，严重威胁人民身体健康，PM2.5被推向风口浪尖。汽车尾气已成为我国城市PM2.5的主要来源，而城市空间形态与交通出行、尾气排放、人群暴露关联密切，何种城市空间形态能更好地降低PM2.5人群暴露亟待研究。本课题以武汉为案例，按照“形态及暴露测度—形态格局关联—要素影响机理—引导指标构建”的基本思路，综合应用GIS空间分析、遥感反演、暴露模拟、数理统计、空间回归、情景规划、城市模拟等方法，研究以下内容：1）对武汉市城市空间形态进行测度，评估PM2.5人群暴露程度；2）分析高密度紧凑、中密度适中、低密度松散的城市空间形态格局与PM2.5人群暴露的关联关系；3）揭示土地利用与交通布局两类城市空间形态要素对PM2.5人群暴露的影响机理；4）构建有利于减缓PM2.5人群暴露的城市空间形态引导性指标体系。本课题能够丰富健康城市理论，为城市规划设计与管理提供决策支持。

近年来我国多地城市雾霾天气频发，严重威胁人民身体健康，PM2.5被推向风口浪尖。汽车尾气已成为我国城市PM2.5的主要来源，而城市空间形态与交通出行、尾气排放、人群暴露关联密切，何种城市空间形态能更好地降低PM2.5人群暴露亟待研究。按照“形态及暴露测度—形态格局关联—要素影响机理—引导指标构建”的基本思路，本课题综合应用GIS空间分析、遥感反演、暴露模拟、数理统计、空间回归、情景规划、城市模拟等方法，研究以下内容：1）建构了土地利用、人口密度、空间形态、道路交通、绿地开放空间等多个维度的测度指标与方法体系，对武汉市主城区、都市发展区的形态格局进行了测度。2）从区域尺度建构了城市空间形态与空气污染的时空耦合模型，发现城市PM2.5浓度存在着明显的空间自相关性，城市空间形态会通过机动车使用、绿化调节、污染物扩散、热岛效应等方式影响雾霾的产生或扩散过程。3）结合卫星遥感气溶胶数据，通过人工神经网络模型进行PM2.5污染浓度预测，提出了一种基于位置服务数据的PM2.5污染人群暴露评估方法。4）探讨城市空间结构、土地使用、空间形态、道路交通、绿地与开放空间等城市规划要素对PM2.5污染暴露的影响作用，提出规划优化对策。武汉仍需加强塑造多中心的城市空间结构，避免密度过高带来的环境负效应。对中心城区应适当降低建筑密度，改善街区风环境，以利于污染物的扩散，小街区、密路网的模式应谨慎采用。在城市风道的上风区需加强绿地布局，发挥对外源污染的过滤作用。5）采用“自下而上”建模思想，构建了土地利用-交通-尾气一体化模型，以模拟在不同城市空间发展方式下，城市交通出行及机动车尾气排放状况。本课题以空气污染治理为切入点，探索良好的城市空间形态，能够为我国传统的“定性规划”“经验拍脑袋规划”提供科学的理论依据，特别是对正在开展的国土空间规划编制具有一定的实践意义，有望为控制空气污染排放源、改善城市居民呼吸环境、降低空气污染危害提供了一条新的路径。